核技术NUCLEARTECHNIQUES低质量流速绝热管内截面平均空泡率实验研究孙奇I郁昭I杨瑞昌2赵华I王小军11(中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环重点实验室成都610041)2(清华大学热能工程系北京100084)摘要汽液两相流空泡率实验与计算方法研究对于反应堆自然循环及事故分析具有重要意义，然而现有研究主要以高质址流速工况为主，已有的空泡率公式预测结果在低质址流速条件下也存在较大差异。为此，本文以单探头光学探针为主要测量手段，进行了低质量流速绝热工况空泡率实验研究，截面平均空泡率根据探针测量得出的局部空泡率在流道截面上积分计算得出°实验数据与已有空泡率计算公式进行了比较，表明低质量流速工况下多数公式预测结果偏高，而ChexaleraL.GE-Ramp以及Dix公式可得出非常满意的预测结果。综合Vijayan的研究结果，本文建议低质量流速空泡率计算中采用Chexaletal.的公式“关键词两相流，空泡率，漂移流模型，光学探针中图分类号TK123,O359L1,TL33I轻水堆的安全性和经济性直接与堆系统的热工水力特性有关，沸腾传热及两相流一直在热工水力学中处于重要地位，加强汽水两相流的研究对于提高轻水堆的安全性与经济性意义深远。空泡率是汽液两相流动的重要参数，掌握汽液两相流空泡率分布特性及其计算对轻水堆的热工设计，包括计算两相流的阻力和流量特性、传热特性以及流动不稳定性等具有重要意义。长期以来研究者都期望通过对已有大量空泡率计算式的比较和分析，得出最佳空泡率预测计算式。Dukler、Friedel.DienerFriedel和Vijayan都曾对多个不同空泡率计算关系式进行过准确性评价。最新的Vijayan评价结果表明ChexaleraL关系式与实羚数据符合最好，紧接着是Rouhani和ModifiedSmith关系式⑴。然而，已有两相流空泡率的研究主要以高质量流速为主，但在自然循环以及事故条件下，堆系统常处于低流速工况。目前应用较为普遍的空泡率计算公式,如Zuber-Findlay、ModifiedSmith、Rouhani、ChexaleiaL等公式,均在高流速工况F得到广泛验证，但上述公式预测结果在低流速工况下存在较大差异⑴。由于低流速空泡率实验数据的严重缺乏，迫切需要进行低流速工况空泡率的实验研究以验证相关计算公式在低流速工况的适用情况。1空泡率计算式简介目前，空泡率计算模型较多，主要归结为三大类模型，即滑速比模型、变密度模型和漂移流模型。滑速比模型忽略了空泡率和两相流速在截面上的不均匀分布，考虑汽液两相间存在相对滑移，运用滑速比S考虑其影响。该模型属于一维二速度模型范畴。下式给出了滑速比模型空泡率。的一般计算式：i+Us乙k'aPf)其中。为截面平均空泡率，Xa为真实含汽率,P为密度(kg/m3)；下标：f为液相,甘为汽相；滑速比S的值由实验关系式给出。较为常用的滑速比模型计算式有ModifiedSmith.Bankoff-Malnes及Osmatekin公式等。变密度模型认为通道截面径向任何一位置处汽相和液相局部流速是相同的，即没有局部滑移，但空泡率和两相流速沿流道截面是变化的。该模型认为汽泡在流道中的“趋中效应”使通道中心处。较大，沿径向。单调减小。同时，汽相的平均速度也高于液相的平均速度。由于。沿径向是变化的，所以两相密度沿径向也是变化的，故称之为变密度模型。该模型属于二维一速度模型范畴。基于该假设,Vol.28,No.8August2005国家0然科学基金项H(59995460-1),核I：业科学基金项H(Y7100E5101)资助第一作者:孙奇.为，1975年7■出生,2004年于清华大学获动力工程及工程热物理学科」:学博士学位,现从事反应堆热匚水力研究，email：qisun2000@l63.com收稿H期：2004-06-14Armand、Bankoff和Hughmark等分别提出了几个较为有名的关系式。这些关系式都是对均匀流模型所得空泡率的修正，即在体积平均空泡率/?前乘一系数K,对于不同的关系式K取值不同。变密度模型基本表达式为：a=K。(2)到目前为止，多数空泡率计算关系式都是基于漂移流模型。漂移流模型同时考虑了两相间滑移以及流通截面上空泡率和流速的不均匀分布，为二维二速度模型。漂移流模型空泡率基本计算关系式如下：其中咆为漂移速度(m/s),漂移流模型不同计算式间的差别仅为由实验确定的分布参数Co和漂移速度他表达式的不同。G)为局部空泡率...